电力系统分析汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇电力系统分析范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

“电力系统分析”传统教学偏重对理论分析和方法计算。由于“电力系统分析”的计算复杂，包括潮流计算、短路电流计算等，对这些理论计算分析大部分都是以原理为主，实践验证较少，不能让学生在认识中与实际应用结合起来，理论和实践往往脱离。一方面实践环节的内容很少，甚至完全没有，学生很难运用所学知识去分析和解决实际问题，更谈不上培养创新能力，不利于激发学生的创新思维和潜力。另一方面，由于电力电子技术、自动控制技术的快速发展和广泛应用，原有的实践教学方式已不能满足课程建设的需要，表现为“电力系统分析”课程涉及的内容更广泛、综合性强、概念多、计算繁、公式推导复杂等特点，这些都需要实践教学来验证，让学生理解理论知识，但由于学生基础参差不齐，这对教学双方都提出了挑战。塔里木大学是一所以教学为主的综合性大学，电气工程专业是新增专业，起步比较晚，“电力系统分析”课程目前的实践教学还存在着一些问题。一方面存在重理论和知识传授，缺乏对实践和工程能力的培养问题，实践教学和理论教学比较处于辅助作用。另一方面，专业教师对科研重视，在整个学生培养过程中，对实践能力的培养缺乏统一规划和系统安排；实验教学时间少，实验内容不丰富。另外由于资金投入问题，实验基地的建设未能跟上现代化电力系统的发展步伐，高水平的实验人员缺乏。例如《电力系统分析》的电流计算的内容，过多地介绍算法的原理，因实验设备不足，无法上机实践验证。这些问题影响了我校电气工程应用型本科人才的培养质量。

2实践教学方法的探讨

2.1增加与本课程相关前沿科学实践问题的介绍

增加与“电力系统分析”课程相关联的现代化科技知识的介绍，这对提高学生对该课程的兴趣和了解有很大帮助，比如对电网大数据、电网智能化现代化等结合实际电网进行讲解，而作为电气工程专业学生，结合这些最新领域实际知识对“电力系统分析”课程中的电网数据计算了解更深刻。

2.2结合企业对实践教学探讨

对于农业大学，本课程在教学过程中也要增加地方电力企业相关专业内容，提高对行业知识的认识，重视理论和实践能力的协同发展，定位于培养高素质和应用型的卓越工程师人才。请企业工程师进课堂，对电力系统、发电机短路现象分析以及自动励磁调节系统、柔性输电装置的特性等内容知识讲解。争取培养学生应用意识，将书本知识和电力企业实践结合，培养学生成为专业的电力工程师，同时也培养学生的实践创新能力。通过理论知识和企业实践，使学生掌握地方电力的基本情况，具有初步的电力实践技能，进一步提高学生解决实际问题的能力。

2.3建立课外实习基地

电气工程专业在阿克苏电力公司、农一师电力公司建立实习基地。在每年的6月份组织农电和电气工程专业大三学生为期10天的参观实习。在实习过程中，通过对调度中心、各个电压等级的变电站、无人智能电站、发电厂以及营业收费厅等熟悉和学习，充分了解电力系统的结构和工作状况，通过课外实习基地，不仅使学生加深了理论知识的理解，还使学生拓宽了视野，加深了地方电力系统的认知，提高了学生继续探索电力知识的积极性。

2.4增加提高实践认知的辅助教学环节

在开设“电力系统分析”课程设计时，对于复杂的“电力系统分析”内容包括稳态分析、短路分析、潮流计算等设计，引进了“电力系统分析仿真”软件，利用阿克苏电网、农一师地方电网等实际运行电力系统数据，通过地方实际电网模拟操作电网运行，使学生在校就能获得与实际系统操作几乎相同的训练。

2.5实验方法及实验手段的改革

完善实验教学考核方法。在“电力系统分析”实验中，主体是学生，实验的考核依据是：做实验的平时表现、操作是否能完成、报告填写是否认真和详细等部分组成。每次实验成绩都作为总成绩的一部分，全部实验的成绩作为最终成绩。在学生开始做实验后，要引导学生提出问题、分析问题，最后能独立解决问题，对学生提出的疑问，要启发他们独立思考问题，举一反三，对专业知识的实际应用有更深的理解。对电力系统仿真实验台，学生分组完成潮流分析实验、短路电流计算实验以及整个系统工作实验等重要实验。从实验方案的设计包括各类计算、线路搭接到实验分析和撰写报告等系统工作都由实验小组通过合作来完成，有效锻炼了学生的团队合作精神。

3结语

“电力系统分析”课程教学主要为了培养学生能力，尤其是工程实践能力，必须熟练掌握理论知识和实践知识（包括实验和实习设计等）。学校是发挥教、科、研优势的地方，通过和企业合作、依托地方政府才能发挥学校的作用，完善服务平台，构建开放式的服务体系。在教学过程中形成一种以学生为中心，以培养他们创新能力作为目标，不但培养学生的理论基础知识，还有过硬的工程实践能力。通过和地方企事业单位合作，拓宽实习合作领域范围，形成“电力系统分析”课程的实践创新培养模式，克服“电力系统分析”课程以往实践教学的不足。为了提高“电力系统分析”课程的实验教学应该做到：一是要以培养学生创新能力和激发学生兴趣为出发点，注重实验、实习质量，努力做到让学生从枯燥的理论教学中找到兴趣点。二是通过地方电力企业的实习，让学生了解电力系统各个组成部分的工作过程和工作原理，对电力系统有了全局认识，增强应用意识。

作者:李建军 孟令鹏 杨伟杰 单位:塔里木大学

参考文献

［1］张靠社，张欣伟，宁联辉，等.“电力系统分析”课程的教学改革和实践［J］.电力系统及其自动化学报，2008（2）：126-128.

［2］李滨，韦化，祝云，等.教学与工业实践紧密结合，为电力工业服务———“电力系统分析”课程教学改革的研究［J］.电气电子教学学报，2008（4）：4-6.

篇（2）

1本电力系统分析仿真软件的特点

1.1电力系统仿真软件的综述

随着我国经济和人民生活水平的迅速提高，电力需求大幅提高。电力系统仿真已成为电力系统研究规划和设计的重要手段，因此电力系统仿真软件的功能特性对于提高研究、设计的效率和可信性有重要作用。由于电力系统在国民经济中占有重要地位，一般都要用到多个数字仿真软件进行计算结果比较，主要有以下几种：（1）邦纳维尔电力局开发的BPA程序和EMTP程序；（2）曼尼托巴高压直流输电研究中心开发的PSCAD/EMTDC程序；（3）德国西门子公司研制的电力系统仿真软件NETOMAC；（4）中国电力科学研究院开发的电力系统分析综合程序PSASP；（5）MathWorks公司开发的科学与工程计算软件MATLAB[1-2]。

1.2仿真软件的设计思路和算法

为了提高学生对电力系统分析理论和实践应用的结合能力，加强就业的竞争力，并拓展电力企业服务和培训的空间，我们针对教学和培训开发了电力系统分析仿真软件，主要包括电力网数学模型、潮流计算、调压、短路电流计算等内容。本软件利用MATLAB语言，核心算法是在单台计算机的多个核上实现电网全局潮流联合的分布式计算方法，其计算速度相对单机单核要快得多。①电网模型的建立通常给定的已知条件是：电力系统元件的型号、实验数据、容量、长度等参量，计算电网元件参数，得出导纳矩阵；②电力系统功率调节和电压调整通常给定的已知条件是：参数调整滑块的调节量、电力系统元件的型号、实验数据、容量、长度等参量，系统中各电源和负荷节点的功率、平衡节点的电压和相位角，待求的运行状态参量为各节点的电压以及流经各元件的功率等。③电力系统潮流计算：采用的是PQ分解法和前推回代法。可视化仿真计算电力系统在某一稳态的正常运行方式下，电力网络各节点的电压和支路功率的分布情况，通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷节点的功率、枢纽点电压、平衡节点的电压和相位角。待求的运行状态参量包括各节点的电压及其相位角以及流经各元件的功率、网络的功率损耗等。④电力系统短路电流计算：自动生成正序、负序、零序网络，计算故障电力系统的各种短路类型的短路电流。通常给定的已知条件是系统中各电源和负荷点设备的容量，待求的运行状态参量包括各节点的电压及其相位角以及流经各元件的功率、网络的功率损耗等。软件为学员提供了实验和仿真的平台，实现了全界面图形化、设备与设备属性资源管理化、操作与设计人性化和科学化。形象化显示实时运行结果，便于学生观察电力系统的各种正常状态、不正常状态；按电力系统的结构进行搭建电网模型；仿真软件在运行时，可以自由任意改变设备的开关状态，单击滑块可分级改变设备的各种参数；在一张仿真电力接线图上可以设计、显示、运行、保存、预览多种电力系统运行状态和故障状态。

2电力系统分析仿真软件在学历教学中的应用

针对不同的教学对象，我们设置了便利的操作和电网综合数据库管理界面。比如对高校的学生我们设置了B类元件库，学生可以根据书本提供的系统图中的元件输入各种电气元件的参数，比如导线的阻抗、导纳、基准电压；变压器的各侧额定电压、额定容量、短路损耗、短路电压百分数、分接头数等。电力系统分析仿真软件就可以计算电力系统各元件的参数、构建电网模型的功能、分析电力系统电力传输功能、电力系统潮流计算功能、分析电力系统无功功率平衡和电压调节功能、自动生成电力系统各序阻抗网络、计算各种类型的电力系统短路电流，计算电力系统中各运行点的各序电压。以教学中常用的电力系统调压为例。有一简单电力系统，参数如下：发电机出口电压为10.5kV，高压输电线路的额定电压为110kV，长度为80km，采用LGJ185型导线，变压器的额定电压为110/11kV，容量为15MVA，空载损耗为40.5kW，短路损耗为128kW，短路电压百分数为10.5，空载电流百分数为3.5，原始负荷功率为Sb=28+j10MVA和Sc=20+j15MVA，现在负荷增加到Sb=32+j12MVA和Sc=24+j15MVA，问应如何调整用户b、c点的电压？利用本仿真软件可以方便计算和分析出各种调压措施对负荷点电压的影响。首先学生根据题目的要求建立电力系统的拓扑图如图1所示，然后输入各种元件的电气参数（以输电线为例如图2所示），最后设计了共计6个滑块。滑块是一种图形单元（如图3所示），可以放到图纸上，并可以对图纸上的某一个图元的一种参数进行微调，它是一对一的调整，主要用于频繁调整某固定参数使用，在属性设置中对图元名、属性名、最大档、最小档、每档值、大小尺寸进行设置。从而可以让此滑块知道要控制那一个图元单元，从而在运行状态下，可以微调此滑块指定的图形单元的参数。拓扑图从左至右第一个滑块代表了可调节发电机的端电压（变化范围为10.5~11kV）；第二和第四个滑块代表了升、降压变压器的分接头档位：其中5档变压器分接头值为+2*2.5%，4档变压器分接头值为+1*2.5%，3档为变压器的主抽头，2档变压器分接头值为-1*2.5%，1档变压器分接头值为-2*2.5%；第三个滑块代表了可调节线路的阻抗（变化范围为80~60km），第五、六个滑块代表了可调节负荷的有功和无功；另外可通过无功补偿装置前的开关控制是否投入。仿真软件可以直观地把各种计算数据展示在程序界面上，把比较结果导出后可形成表1。从上述示例中可发现，利用电力系统分析仿真软件在教学中可以避免大量繁琐的计算，学生可以通过软件计算出的结果更好地加深理论理解，丰富学生的专业技能，培养学生电力系统运行、调度的基本能力，提升学生的就业竞争力。

3电力系统分析仿真软件在培训中的应用

针对电力在职职工的技能培训，本软件用电网综合数据库来存取所有的相关信息，包括A类元件库和图形拓扑结构数据库。拓扑中的顶点就是由母线来组成，拓扑的关系由电线、变压器来组成；有了点与线那么一张网络拓扑就形成了。所以形成的流算法所需要的矩阵也就可以组合而成了。画图的组成也是用电线来连接母线。电线的两端、变压器的两端三端连着的是母线。那么输电线、双卷变压器、三卷变压器的端点处连接的都是母线［3］。按照各图形类的继承关系，又考虑到发电厂和母线潮流走向的区别，将数据表分为母线数据表、线路数据表和发电厂数据表，分别存储母线信息，包括节点电压、节点负荷等；线路信息，包括两节点间线路的潮流、首末端节点名称等；发电厂信息，包括所连节点名称、发电功率等。学员不需要输入各种线路、变压器等电气元件的参数，只需输入设备的型号系统就自动生成其阻抗、导纳、容量等电气参数。电力系统分析仿真软件具有电力系统潮流计算和短路电流计算功能。本软件构建的某系统潮流如图4所示，学员可以对各个开关进行变位，或者利用滑块调节发电机、变压器分接头位置，从而观察软件可视化界面的潮流数据的变化，特别注意电气参数有无越限，最后确定合理经济的系统运行方式。本软件的潮流计算可以计算多个平衡点的电网潮流计算。软件在计算电力系统故障时能够自动生成电力系统的正序、负序、零序网络，可以仿真各种电力系统正常的运行状态和各种电力系统故障状态，为电力员工提供了培训和研究的平台。

篇（3）

PSCAD的概念最初是在1988年被提出,针对Windows系统的PSCAD是在1999年才[4]。目前已成为世界上功能最强大和广泛使用的电力系统仿真软件。PSCAD包括绘图功能、仪表和控制,允许用户以图形化的方式建立电力系统电路,进行仿真后对结果进行分析,还可以使用户在仿真运行中改变参数,对仿真过程进行观测等。PSCAD具备电力系统中从简单无源元件和控制功能到更加复杂的电动机、柔流输电设备和输电线路等设备的模型,这些模型都是经过已经编程和测试的仿真模型。如果搭建的电力系统仿真模型中,没有所需的特殊模型,PSCAD可以提供给用户自建模型。PSCAD设有主元件库,提供常用的模型有:(1)无源元件(Passive),包括电阻、电感、电容、固定/可变负载、电抗器和避雷器等;(2)电源(Source),包括电压源、电流源和光伏电源等;(3)仪表(Meters),包括频率/相位/有效值测量表、电压表和电流表等;(4)I/O设备(I/O_Devices),包括数据的导入和导出、其他软件接口和多重运行等;(5)变压器(Transformers),包括单相双/三绕组、三相双/三/四绕组和自耦变压器等;(6)断路器故障(Breakers_Faults),包括单/三相断路器及其定时控制逻辑、模拟单相和三相故障及其定时控制逻辑等;(7)输电线路电缆(Tlines_Cables),包括导纳/阻抗数据或导体/绝缘属性、地阻抗数据以及所有塔和导体的几何位置、电气接口元件等;(8)电动机(Machines),包括笼型感应电动机、绕线感应电动机、同步电动机以及励磁机、调速器、水轮机、汽轮机、风力机和内燃机等;(9)控制元件(ControlSystemsModelingFunctions),包括线性和非线性控制元件;(10)保护(Protection),包括保护信号的采集、监测和继电保护模型等;(11)其他元件(Miscellaneous),包括文件引用/读取、输入输出和节点等。PSCAD仿真软件可以用来仿真模拟进行电力系统中元件参数及其物理含义、电力系统对称和不对称故障仿真、电力系统简单和复杂潮流计算以及有功和无功功率控制等,还可以将电力系统与电力电子结合起来,比如新能源发电技术的应用和电能质量(SVC、STATCOM)的应用等。学生通过自己搭建部分模型,可以亲自操作。

2电力系统仿真实例

电力系统实习主要是去发电厂、变电站等,这些单位出于安全的需要,不会让学生参与实际的操作,往往是只能看。以电力系统故障为例,学生到现场不能体验到故障发生和处理过程,像电力单位的一些工作多年的专业人员,碰到事故和处理事故时,也可能会不知所措。一些高校通过购买专业的物理模拟仿真系统,但这些花费很高、场地大,对于该校现有的资源不可能满足。所以,电力系统中的故障,特别是单相接地短路、两相短路、两相短路接地和三相短路的横向故障,通过PSCAD仿真软件可以模拟故障发生和恢复后各个量的变化。因篇幅有限,这里仅对电力系统横向故障中的三相短路进行介绍。PSCAD软件电力系统仿真软件计算机需求:(1)MicrosoftWindowsVista或Windows7操作系统,32bit或64bit;(2)附件软件IntelFortanComposerXE20112,Framwork4.0Full3,MicrosoftVisualC++2010Redistributables;首先通过讲解PSCAD的基本知识,然后设置相关的任务要求,最后以学生为中心,自己动手搭建35kV单侧电源输电系统,如图1所示。其中BAK为断路器,Tline和Tline1的长度均为20km,每公里电抗为0.4Ω的架空线路。负载的有功功率为15MW,无功功率为5MVAR。升压变压器为三角型/星型接法,降压变压器为星型/三角形接法。通过FAULTS模块设置故障,TimedFaultLogic模块设置故障发生时间为0.08s,故障持续时间为0.04s。采用工程研究方法,通过分析数字仿真结果,找出其内在规律,然后再通过理论进行分析,对比在不同量的变化下,电力系统相关量的变化,这样可以有助于学生加深对电力系统故障知识的理解。三相短路故障时电力系统中最严重的故障,以该故障为例对其进行仿真分析。发生三相短路故障时,电源端的三相电压电流波形和故障点的三相电压、三相电流波形如图2所示。由图2可知,发生三相短路故障时,电源端的三相电压只有微小的波动,没有发生显著的变化;电源端的三相电流幅值增大,A相电流呈整体上升趋势,B相和C相电流呈整体下降趋势。故障点电压由于发生三相短路,电压均为0V,当故障切除后,三相电压发生暂态波动,但很快就恢复到正弦变化;在故障发生前,由于故障发生器处于断开状态,因此故障点处的三相电流均为0A,在发生三相短路故障后,由于闭合时有初始输入量和初始状态量,故障点三相幅值都变大,并且A相电流波形上移,C相电流波形下移,在故障排除后,三相电流迅速变为0A。通过电力系统仿真,可以产生如下实习效果:(1)加深了专业理论知识,理论联系实际,有助于学生提高计算机应用、查找文献、分析问题和解决问题的能力;(2)对于电力系统更为复杂的建模系统,学生可以组成团队进行建模,培养团队合作和创新精神;(3)提高了学生学习的积极性,学生根据布置的任务主动去学习,激发了学生学习的欲望,每处理完一个小问题他们感到很有成就感。以上这些都为以后的工作和研究打下坚实的基础。

3结语

通过上述PSCAD电力系统三相短路故障仿真分析,可以看出仿真实验不受场地和实际操作的限制,建模简单,易操作,仿真波形生动、丰富和直观,不仅使学生更好地学习掌握电力系统三相短路故障的原理和现象,还可以激发学生学习的乐趣,弥补了实验室条件的限制。该软件已用于电力系统分析实习过程中,通过学生反馈的情况,采用该方法可以提高学生学习的主动积极性。由于第一次设置该仿真实习,在实习过程中,也有一些今后需要注意的问题,比如实验室电脑配置需进一步提高,教师要多建立一些复杂的系统,同时还要主动跟现场的人员多多交流,使仿真模型更贴近实际。

作者:罗朋 杨燕霞 单位:广东海洋大学电子与信息工程学院

参考文献

[1]李广凯,李庚银.电力系统仿真软件综述[J].电气电子教学学报,2005,27(3):61-65.

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引言

综合电力系统包含了舰船的日常用电、舰体推进用电、高端武器设备发射用电和大功率探测设备用电等，作为一种综合电力技术不仅可以对当前现代化舰船的整体设计实施简化，而且对简化舰船的动力系统提高了可能，为我国稳定，可靠的使用高端的舰载武器设备提供了强大的保障。现在国内很多科研单位对舰船的综合电力系统做了深入的研究，虽然在技术上取得了一定的进步，但是舰船综合电力系统的关键技术并没有取得突破性的进展[1]。文章重点分析了与传统结构相比，直流区域配电系统的直流网状结构存在的明显优势，站在电力系统继电保护的层面对该系统中直流配电系统做了进一步的研究分析，希望对我国现代化舰船综合电力系统的建设和发展起到一些借鉴性的意义。

1 直流网状网络的介绍

国内大型水面舰船自建造以来所使用的供电系统就是采用两个电站同时进行供电的模式，这种供电模式被称为干馈式混合配电系统，这种模式的特点在于这两个供电站是完全隔开的，它们两个分别有自己的发电机组，虽然设备存于不同的舰体结构中，但是对舰船的符合设备却是同步供电[2]。但是从长远的角度来看，水面舰船会不断的向超大容量方向发展，基于此种发展趋势，综合电力系统的双电站模式很有可能被突破和改善，有可靠资料现实演变和发展的模式会是网状网络形式和多个供电站同时使用，但是为了确保舰船的密封性和节约空间，两种不同的供电系统会通过一条母线向舰船所有的符合设备提供电能，并且根据舰船的实际需要给至关重要的符合设备输送电力。

直流网状网络的工作原理是将舰船电力系统中的电流整合为1000V的直流，通过舰船两侧的左母线和右母线将电流传输出去，而且在舰船的每一台发电机组中都有与左右母线连接的端口，最终形成一个闭合的网络电流回路。这种配电系统不仅可以完成对所有发电机组的集中控制和管理，还可以对发电系统中发电机组的备用容量进行合理的配置，从另一个方面提高了发电机的使用效率。

2 直流区域的配电系统的优势

从目前的现状来看主流舰船上使用的电力系统都是通过舰船上集中式配电系统的中心设备通过电缆进行输送，这样的结果大大的影响了舰体的密封性，使舰体出现了上千个电缆的穿孔，一方面为电力系统建设人员带来了大量繁琐的工作，而且还在一定程度上减低了舰船的耐压性。如果现代舰船采用直流区域配电系统就可以有效的避免此类问题的发生，这种方法操作简单，只需要将输送电力的母线穿过舰体的耐压隔壁，不仅节省了大量的电缆，也减轻了舰体的总体重量，是舰体在空间设计方面得到了很多好处[3]。

SSCM和SSIM有多重功能，并且它们能够对通过半导体设备的电流执行电力转换、监测和限制，所以可以在设备出现紧急故障时对供电系统实施保护，所以如果舰船使用的是直流区域配电系统，在故障发生时就可以将发生故障的部位隔离在一个小范围的电力区域中，而且因为这种电力系统中的电流都是直流电，在对设备故障检测的时候也更加方便和简单，原先监测直流故障和初始化自动母线的转换器所需要的时间延迟不存在了，进一步提升了电源的使用性能，也提升了舰体的整体性能，而且随着供电系统功率全面自动化程度的提高，极大的简化了舰船的战斗系统设计。

直流区域配电系统的第二个显著优势就是对于不同的泵体和排风机来说可以进行不同的速度控制，保证其始终保持在较高的运行效率之下，另外在舰船大型电动机被启动的时候，其输电系统中的电流会受到一定的限制，这种情况可以使舰船母线中的电压始终处在稳定的状态之下，而且在特定的场合下也可以实现电力的转换，直流区域配电系统与传统的供电系统相比有很多明显的优势，例如：在舰船不同的战斗系统当中，很多武器设备要用到400Hz的直流电压，因此如果现代舰船的配电系统是交流电则还要经过一步转化，再用一个逆变器将交流电转换成400Hz方可实现战斗系统的运行和使用，但是如果直接采用是直流区域配电系统，那么仅仅需要将电压调到合适的水平就可以了，然后在将电流整合成需要的直流即可。将两者进行对比之后可以看出在该系统与交流配电系统相比减少了很多的输电设备，例如：担任变压作用的传输变压器，还有交流配电系统中的很多开关，这些设备的减少可以降低舰船本身的质量，而且也节省了出了很多空间，使舰船有了更多的空间安装更多的舰载武器，进而增减现代化舰船的作战能力。

第三，直流配电系统具备的另一大优势是发电机组的发电频率，这种高频率的发电机组可以和整流器实现最大尺寸的优化组合，而且根据直流区域的配电系统能够将原动机设计为始终处在最有效率的运行状态之下，从节省油料方面来说不仅做到了最小的能源使用，也减少了舰船配伍的排放量。

3 基于直流区域配电系统的直流网状网络的继电保护

适应直流网状网络中短路电流的计算标准，当前我国陆地电网的自动保护技术相对舰船配电系统的保护技术来说比较成熟，而且在系统级别的保护方法上也有了一定的研究，例如：陆地电网中的快速距离保护、反应暂态分量的行波保护以及光纤差动保护等，但是因为舰船的综合电力系统是建立在有限的空间之内，并且是一种独立的电网单元，因此其稳定性会受到舰船符合设备的影响，加之系统结构形式复杂等多种不利因素，提高了信号提取的困难程度。根据研究发现以往对舰船电力系统分析的原理、方法以及一些应用技术的成果，在当前的直流网状网络配电系统中不能直接使用，必须对舰船综合电力系统中常见故障的特征进行研究，而且还要对现在舰船综合电力系统采用的保护手段进行适当的改进，这样才能切实满足综合电力的保护需求。

4 结束语

综合电力系统能够包括电力推进在内的全船电能进行统一的调配，具有很好的经济性、并且配置灵活多变、目标的声音强度很低、功率的密度较高等很多优点，是世界各国舰船技术发展的主流方向。直流区域配电系统有很强的生命力，而且有利于总体优化和模块化建造等优势，是综合电力系统的最好选择。

参考文献

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二、课程目标的设定

1.专业能力：能全面掌握电力系统的基本知识；能对电力系统有功及无功功率进行控制与分析；能对电力系统频率和电压进行控制和分析；能对电力系统各种故障运行状态进行分析和计算；能对电力系统安全稳定性进行简单分析和计算；能进行电力系统的规划设计。2.方法能力:分析问题、解决问题的能力；动手操作、独立工作能力；获得与利用信息，探究式的学习能力；工程意识和灵活思维、创新能力。3.社会能力：团队协作能力；交流沟通能力；组织能力；耐心细致的工作能力。

三、课程设计思路

电力系统运行与分析课程基于电网的实际生产过程，以工作过程为导向，归纳提炼典型工作任务，并将行动领域的典型工作任务教学化处理后，按照与实际岗位典型工作任务内容对应的各学习情境组织内容，并且根据任务的复杂程度，以先简单后复杂的顺序排列各学习情境；在各个学习情境中，又按照复杂程度和实际工作程序化各个工作任务。遵循学生职业能力培养的基本规律，以适度、够用的原则，以现场工作任务及工作程序为依据整合、序化教学内容，设计项目教学，教、学、做结合，课堂、实训、实习结合，理论与实践结合。在教学项目实施中，由专业教师组成教学团队，密切配合施教。采用任务驱动教学方法，以学生自主学习为主，教师讲解为辅，激发学生学习兴趣，培养学生自主学习和终身学习的能力。

四、教学方式的改进

《电力系统分析》课程属于纯理论性的课程，部分理论知识需要较强的想象能力，只能在头脑中通过想象来给出大概的印象。且由于课堂理论教学模式较为单调，多半是老师讲、学生听的模式，降低了学生学习的积极性。1.借助于多媒体及仿真系统在教学过程中，可以采用一些方法来改进现有的困境。如，采用形式多样，内容丰富的理论教学，比如影像、图表，使学生在形象的方法下进行深入的学习。潮流计算是该课程的难点和重点，大部分学生在此部分易产生畏惧和懈怠情绪，教师可借助影像系统向学生展示一个实际电力网络的潮流分布图[1]，让学生在脑海里建立一个感性的概念，而不仅仅是枯燥的公式和计算过程，或者利用电网运行仿真软件进行实际电网的模拟演示，引起学生学习兴趣，调动学习积极性。2.理论与实践训练相结合以任务驱动教学为主，将理论讲授与实践训练有效融合，让学生带着任务去学习，通过实际训练融会贯通所学理论知识，培养学生的专业能力，并在完成任务的过程中培养自主学习、独立思考等方法能力以及团结协作、交流沟通等社会能力。本课程以培养学生的综合职业能力为目标，模拟工作情境，使学生深临其境，在完成工作过程中、在体验过程中获得工作过程知识。3.创新教学模式将“教、学、做”的教学模式贯穿始终，利用各种方法和手段使教、学、做合理衔接交融。以岗位技能培养为核心，同时注重学生学习能力、方法能力的培养。鼓励学生通过独立思考和分组合作，培养发现问题和解决问题的能力。

五、结论

电力系统分析是一门集理论与实践为一体、知识面范围大，是发电专业课程体系中的重中之重的基本课程。“电力系统分析”的教学方式可采用增强理论的形象性、增强互动式教学、增强企业培养的方式。为构建一个高效的教学体系，一方面必须优化理论课程内容，另一方面必须重视实践环节设计，进行综合性实验，切实提高学生的实践能力[2]。

作者:辛华 李依凡 王丽 单位:西安电力高等专科学校

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1 引言

《电力系统分析》主要研究电力系统在正常及故障情况下的运行状态，包含电力系统稳态分析、电力系统暂态分析和电力系统稳定性分析三部分内容，是电气工程及其自动化专业重要的专业基础课，对培养学生运用所学理论解决工程实际问题的能力起着非常重要的作用。由于该课程具有理论性强、工程性强、涉及面广的特点，学习难度大，学生的学习兴趣不高。近年来，将多媒体技术引入课堂教学已成为一种趋势，采用多媒体课件配合板书的教学方法，使得教学更加具体化、形象化，在一定程度上提高了课堂教学效果。

随着计算机科学的不断发展，各种仿真软件的日益广泛应用给专业课的教学提供了现代化的教学手段，MATLAB就是其中之一。自上世纪80年代问世以来，MATLAB以其高性能的数值计算和可视化的图形绘制功能以及简单易学的编程方式迅速成为应用于多学科的大型软件。将MATLAB的数值分析功能、矩阵计算功能和可视化的Simulink仿真功能应用于《电力系统分析》课程的潮流计算和短路分析教学中，已成为《电力系统分析》课程教学改革的一个重要方面。

2 MATLAB在《电力系统分析》教学中的应用

2.1基于MATLAB的电力系统潮流计算——节点导纳矩阵的形成

潮流计算是电力系统稳态分析的重要内容，也是计算系统动态稳定和静态稳定的基础。潮流计算的方法有很多，其本质都是对一组多元非线性方程进行求解，其解法都离不开迭代。潮流计算中需要先形成网络的节点导纳（阻抗）矩阵，如果采用手工计算，即使节点数不多的系统也仍然有相当大的工作量，只有应用计算机才能快速而准确地完成这些计算任务。下面为潮流计算中节点导纳矩阵的形成程序：

n=input（'请输入节点数：n='）；

n1=input（'请输入支路数：n1='）；

B=input（'请输入由支路参数形成的矩阵：B='）；

X=input（'请输入由节点号及其对地阻抗形成的矩阵：X='）；

Y=zeros（n）；

for i=1：n

if X（i，2）=～0；

p=X（i，1）；

Y（p，p）=1./X（i，2）；

end

end

for i=1：n1

if B（i，6）==0

p=B（i，1）；q=B（i，2）；

else

p=B（i，2）；q=B（i，1）；

end

Y（p，q）=Y（p，q）-1./（B（i，3）*B（i，5））；

Y（q，p）=Y（p，q）；

Y（q，q）=Y（q，q）+1./（B（i，3）*B（i，5）^2）+B（i，4）./2；

Y（p，p）=Y（p，p）+1./B（i，3）+B（i，4）./2；

end

disp（Y）

根据所给系统图，输入网络节点数、支路数及参数矩阵B和X之后，即可形成应用于潮流计算程序的节点导纳矩阵。

2.2采用Simulink/PSB进行电力系统短路仿真分析

1998年推出的MATLAB5.2在Simulink中增加了电力系统模块库PSB（Power System Block）。PSB主要由六个子模块库组成，涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等学科中常用的基本元件，可以对非线性、刚性和非连续系统进行非常精确的仿真。

如图为某恒压源系统突然短路的仿真模型。

将故障发生器设置为三相短路，故障时间为（0.01-0.05）s，得到如下仿真波形：

可见，无穷大电源系统短路时，电源端电压只有一些波动，没有发生显著变化。短路点三相电流有效值相等，为对称短路。

类似地建立同步电机三相短路模型，仿真后将结果与上例进行比较，可使学生更加深刻地理解这两种系统发生三相短路时的电磁暂态过程。

改变短路故障发生器的选项设置，可以得到两相短路、单相接地等不同类型短路故障时的电压、电流波形。

3 结论

在《电力系统分析》课程教学中引入MATLAB/PSB对潮流计算、短路故障等重要内容进行辅助分析，具有形象直观、交互性能好等优点，弥补了传统电力系统分析教学的不足，使学生加强了对理论知识的理解，激发了学习兴趣，很好地提高了教学效果。

参考文献：

[1]孟祥萍.电力系统分析[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]吴天明.MATLAB电力系统设计与分析[M].北京：国防工业出版社，2004.

篇（7）

中图分类号：F470.6 文献标识码：A

引言：

并行处理是一种极有发展前途的技术。复杂故障计算是电力系统仿真计算中最重要、计算量最大的部分之一,己经成为大型电力系统实时仿真的瓶颈。由于求解故障端口间等值阻抗的复杂性, 传统方法不适用于并行处理。作者提出了一种可用于大型电力系统数字仿真的复杂故障并行计算方法。算法中采用了故障处理局部化、降维网络方程的构造和线性方程组并行处理等多种技术, 以减少并行计算量和通讯量。

1 并行处理技术概述

并行处理仅有不足20 年的历史, 是半个世纪来在微电子、印刷电路、高密度封装技术、高性能处理机、存储系统、设备、通信通道、语言开发、编译技术、操作系统、程序设计环境和应用问题等研究和工业发展的产物。并行处理已成为现代计算机的关键技术之一, 并以不同的方式, 在不同的级别上渗透到其他应用领域。

计算机应用可以归纳为向上升级的4 类: 数据处理、信息处理、知识处理和智能处理。无论是哪种处理, 都具有能同时进行运算或操作的特性, 称为并行性。并行性在不同的处理级别中可表现为多种形式, 如先行方式, 流水方式, 向量化、并发性、同时性、数据并行性、划分、交叉、重叠、多重性、重复、时间共享、空间共享、多任务处理、多道程序、多线程方式和分布式计算。开发并行性的目的是为了能用并行处理来提高计算机的求解效率。并行处理是通过两个或多个处理器以及处理器之间的通信系统的协作完成问题的求解。它着重于发掘被求解问题中的并行性, 使其达到较高的级别。

分布式处理是利用计算机网络来实现并行处理的一种技术。网络中各计算机以并行方式共同完成某项事务处理, 或将一个大处理流程分开由各点计算机处理, 在网络内各计算机彼此能相互存取信息和寻址, 多个计算机同时工作这一点对用户来说是透明的。

并行处理技术是硬件、软件、语言、算法、性能评价等多方面技术的综合。可以分为: 并行系统结构、并行算法、并行操作系统、并行语言及其编译系统等。

并行系统结构研究以何种方式将众多的处理机与存储系统、1/ 0 系统组成一个完整的并行处理系统的技术问题, 如硬件的器件和互联拓扑结构的选择, 同步通信机制的设置, 以及并行软件的配置等。并行操作系统用于支持并行处理, 实现进程(或线程) 间的通信和负载均衡等问题。目前并行操作系统主要有多处理机并行操作系统和多计算机操作系统。

2 并行处理技术在电力系统中的应用

2.1 在潮流问题中的应用

潮流问题描述了电力系统的稳态情况, 因而潮流公式或经过一些修改的潮流公式是优化潮流和暂态稳定等重要问题的基本成分。一个有效的潮流并行化方法同样也会有助于加快其它问题的求解, 因而早期关于并行处理在电力系统中应用的研究主要集中于并行化潮流问题的求解上。虽然问题并没有解决, 但近年来关于这方面的报道明显减少了。

潮流计算是求解一组由潮流方程描述的非线性代数方程。传统的串行解法充分利用了稀疏矩阵技术、三角分解前代/ 回代技术、节点优化编号技巧和快速分解法, 使得潮流计算已经能够在线运行, 从而大大减小了并行化潮流计算的动力。

已有的并行化潮流计算的许多工作都集中在并行化三角分解、前代/ 回代上, 如: 通过对矩阵的重新组合分块来发掘并行性; 降低由最大因子路径长度决定的顺序执行步数; 采用适合于向量机的向量化算法; 多重因子分解方案和稀疏逆因子方案; 基于电力系统运行模式及人工神经网络的潮流并行算法; 利用超立方体结构寻找稳态稳定大矩阵的特征值和特征向量。在超立方体结构并行机上的一个实践表明, 快速分解牛顿潮流法的并行算法可以获得近似10 的加速比。在B al a nc e 和A li a nt 共享内存并行机上, 松弛牛顿法也可以获得几乎相同的加速比脚。

2. 2 在电力系统暂态稳定中的应用

电力系统暂态稳定分析需要求解描述旋转运动的时变微分方程和描述电网的代数方程, 这组微分代数方程(D A E ) 具有多种非线性, 数值方法中的逐步积分法被用来获得时域解。如果通过并行处理技术, 能极大地提高速度, 在线暂态稳定分析也将具有很好前景。

将暂态稳定问题并行化有两个途径: 1. 将系统的变量分组, 称为( 变量) 空间并行化; 2.使几个时间段可以同时求解, 称为时间并行化。非常明显的空间并行化是将微分方程分解成每个发电机一组的多个方程组, 而由代数方程提供它们之间的藕合。时间上的并行是形成每个时间段的牛顿方程, 然后同时求解。龙格库塔法和隐式积分法也被并行化过, 但问题的分解和随之而来的松弛会产生许多新的变量, 使求解复杂化。有的先将网络方程分解, 然后在微分方程或差分化的方程组上实施松弛法, 如对微分方程实施的波形松弛法。有的将差分化的微分方程和代数方程一起, 对每一个系统变量在所有的时间段中通过皮卡德( Pi ca rd ) 松弛法分解并同时求解, 从而提供在时间和空间上最大程度并行化的方法。有的在频域中将暂态稳定问题向量化以获得并行性。上述方法的共同困难是收敛性较差, 通常要经过更多的迭代次数才能收敛, 有时甚至难以收敛。

对暂态问题的细粒度并行化, 也遇到了许多困难, 所获得的效果不很理想。为此粗粒度的并行化也被研究过, 如通过同时计算在不同节点上的故障来并行化, 当S Y R E IJ 稳定计算程序在一个16 节点的超立方体计算机上实现时, 可以获得一个数量级的加速比。与之相似的是在一个基于D O S 共享内存的多处理机上的实验也表明, 多区域可靠性计算、采用蒙特卡洛法的水电发电费用仿真和针对不同故障的矫正方案计算, 是可以被高效并行化的。

3 对并行处理在电力系统应用的若干看法

3.1 充分利用已有的分解/ 聚合技术

在并行处理成为一个研究热点之前, 已经从时间和存储角度出发, 针对电力系统的一些问题开发了分解/ 聚合的方法, 即将大问题分解, 在串行机上分别求解, 然后聚合得出整个问题的解。所以在并行处理中, 应充分利用这些已有的分解/ 聚合技术, 对所要求解的大问题进行合理的分解, 调节子问题间的祸合度、相关性, 使整个问题的求解效率最高。

3.2 结合问题本质选择合理的并行粒度

由以上分析可知, 在电力系统基本问题的数学结构中, 并没有显著的内在的并行性。开发细粒度的并行算法(如在潮流问题中和电磁暂态问题中), 难度很大。并行计算理论、并行处理系统(硬件、语言、编译器)等方面的不成熟, 也为开发细粒度的并行算法造成了障碍。而类似于在暂态稳定分析中, 对不同算例计算的并行; 能量管理系统中, 基于功能划分的并行; 系统规划中, 基于不同方案的并行等, 都是在粗粒度上的并行, 各并行子问题间的相关性很少或没有相关性, 从而可以获得很高的并行加速比, 并能充分利用现有的网络资源、计算机资源、软件资源,使系统的性能价格比较高。

3.3 加强测试与评估

以往的研究大部分都集中在并行算法的开发上, 算法在并行处理系统上的测试很少, 仅有的测试结果并不很理想, 在并行加速比的强壮性方面, 也并未提供有价值的信息。实际上, 计算的效率取决于并行算法对并行处理系统的适应程度。对于一个特定问题的一种并行化方案, 必须在实际的并行处理系统上对大量不同的算例进行测试、评估。

3.4 考虑生产的实际需要

并行处理的根本目的是以尽可能小的代价获得尽可能高的生产效率。并行处理的开发要依据生产需要, 并不是任何问题都需要或适合于并行处理。由于单个处理器能力的提高, 使得某些问题采用串行算法在一台计算机上也能满足要求, 因而对这些问题进行并行化研究的实用价值就很小。

4 结语：

并行处理技术的发展, 为解决电力系统问题提供了一个颇具吸引力的机会。但由于并行处理技术的研究刚刚起步, 并行处理的理论、软硬件技术和有关并行处理应用的实践经验, 都还在不断地完善之中, 如何有效地将并行处理技术同电力系统问题结合起来, 满足电力生产的需要, 需要认真考虑。本文首先简述并行处理及其分布式实现, 接着对并行处理在电力系统中的应用进行了分析。

参考文献：

1.黄凯.高等计算机系统结构— 并行性、可扩展性、可编程性. 清华大学出版社, 广西科学技术出版社, 1 9 9 5

篇（8）

自20世纪80年代末至今，我国的仿真技术获得了极大的发展。在电力系统中，应用较多的培训仿真系统有电厂仿真、电网运行工况仿真和变电所仿真。一般说来，凡是需要有一个或一组熟练人员进行操作、控制、管理与决策的实际系统，都需要对这些人员进行培训、教育与培养。早期的培训大都是经过理论讲解和现场实习，通过实际操作经验的积累来完成的，这种培训方式因是在实际运行的系统上进行操作，不仅培训成本高、培训时间长，而且有些故障只能在实际发生时才能得到实际操作的机会，致使一部分知识只有感性认识，得不到实际操作的锻炼。随着系统规模的加大、复杂程度的提高，特别是造价日益昂贵，训练时因操作不当引起的破坏而带来的损失大大增加，因此，提高系统运行安全性、可靠性事关重大。为解决这些问题，出现了培训仿真系统，模拟实际系统的工作状况和运行环境，以避免运用实际系统时可能带来的危险性及高昂的代价。

变电所培训仿真系统集仿真技术、图形图象技术、数据库等技术于一体，依据变电所电力设备实物、一次设备和二次设备接线图进行设计，如主控室、控制屏、保护屏及设备连接状况，可在模拟设备和二次接线图上进行相应操作，采用鼠标点击的操作方式，简单、直观、易学(见图1)。这种方式使变电运行人员的培训手段大大更新，提高了培训效率，缩短了培训周期。也进一步提高了运行人员的正确判断和处理事故的能力，防止事故扩大化和缩短事故处理时间，从而确保电网安全、可靠、经济运行。

图1

1变电所仿真的现状

目前，我国农网中(110kV、35kV)变电所培训仿真系统主要有孤立变电所型变电培训仿真系统和考虑简单电网的变电培训仿真系统。前一种类型的变电培训仿真系统配置简单，造价相对较低；后一种不仅仿真了变电所的运行状况，而且考虑到电网和变电所之间的相互影响，该类型的变电培训仿真系统在功能上比孤立变电所型的仿真系统要强。此外，还有将无人值班变电所仿真、集控中心仿真、变电所运行管理系统结合于一体的110kV/35kV集控站培训仿真系统。考虑到仿真原理的相同性和孤立变电所型变电培训仿真系统较为简单，能够在单机上独立运行的特点，以下只对该系统进行简要介绍。

2硬件配置的基本要求

微机一台：主频PENTIUM200；32M内存；3.2G硬盘；16倍光驱；显示卡、声卡、音箱等。

3软件配置的基本要求

(1)中文视窗Windows95以上版本；

(2)多媒体仿真培训软件。

4主要功能

(1)正常操作训练：断路器操作、隔离开关操作、压板操作、保护投停、电压互感器的切换，电容器的投停等；

(2)故障演习训练：

断路器故障：拒动、误动、偷跳；

隔离开关故障：带负荷拉合隔离开关、带电合接地隔离开关；

变压器故障：包括相间短路、接地短路、匝间短路、变压器过负荷、变压器油温过高；

母线故障：母线短路、母线接地；

线路故障：近区短路、接地、断线等；

此外，还有电容器故障、继电保护故障以及其它故障等。

培训者可对设定操作任务或故障，依据系统标准操作票进行操作，系统也可在出现故障时，给予提示并指出错误要点。

(3)操作票生成与培训系统：可对线路、主变压器、母线、电容器等设备开操作票；可对学员的操作以操作票的形式记录；可对学员的操作票和标准操作票进行比较；

(4)理论知识的培训：可提供设备的图片和产品介绍；可进行二次回路图纸讲解：包括中央信号回路、电力变压器保护、电容器组保护、输电线路保护、低周减载装置等；还可进行运行规程问答、典型故障处理、经验介绍以及提供考试题库。

(5)系统维护功能：系统可根据110kV变电所的主接线方式(如：单母线接线方式、内桥接线方式、单元接线方式)和正常运行方式的差异及实际变电所的工作情况进行选择和修改，可对考试题目进行增加或修改，还可对二次接线图上的线路名称和隔离开关、断路器号进行更改，使其更加接近变电所的实际运行情况。

操作实例：

倒闸操作是变电所正常运行和检修中都涉及的操作，具有重要的作用，其操作过程如下：

①运行仿真软件，进行操作人员登陆。

②进行功能选择，进入倒闸操作模块，进行题目分类选择。如选择"10kV倒闸操作题目"后，屏幕上会出现一系列10kV倒闸操作题目的分项内容，用鼠标按钮进行选择，选择"纺织线002断路器停电，纺织线线路检修"(见图2)。选择题目后，可进行标准操作票预览，以便操作人员了解操作步骤后进行正确操作。可单击要点按钮，查看提示注意事项。操作练习既可在线路图上进行，也可在模拟图上进行。

图2

③依次拉开纺织线002断路器，拉开002-3隔离开关，拉开002-1隔离开关，在002-3隔离开关线路侧挂接地线(见图3)。遇到困难时，可查阅标准操作票和操作要点提示。操作完毕后，调出操作记录与标准操作票进行比较，如果在操作过程中发生误操作，系统会出现报警。

图3

④选择操作题目后，也可进入考试状态。在此状态下，系统不提供标准操作票和操作要点提示，考试时间到，系统不再进行操作记录。

5结束语

目前，110/35kV变电培训仿真系统在一些变电所已经得到应用，并取得实效。归纳起来，变电培训仿真系统具有如下的特点：

(1)计算机仿真程度高。仿真画面完全按照变电所的电力设备实物进行绘制，形象逼真。操作人员在模拟图或二次接线图上用鼠标点击元器件，即可激发元器件动作，元器件动作后仿真变电所同实际变电所情况一致。

(2)培训功能完善。不但可对变电所的正常和异常事故进行仿真，而且可提供完善的二次图讲解。对变电所的继电保护装置从动作原理到动作过程进行分步讲解，突出显示动作断路器和响应元器件，动画模仿电流轨迹。

篇（9）

作者简介：高嬿（1965-），女，吉林长春人，长春工程学院电气与信息学院，教授；张运波（1964-），男，辽宁丹东人，长春工程学院电气与信息学院院长，教授。（吉林 长春 130012）

基金项目：本文系吉林省教育科学“十二五”规划重点资助课题“应用型本科电气工程及其自动化专业‘卓越计划’实施的研究与实践”（课题编号：ZZ1210）、吉林省教育科学“十二五”规划课题“应用型本科院校考研专业课分级教学模式及实施策略的研究与实践”（课题编号：GH12215）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）20-0052-02

高等工科学校培养的是应用型高级专业技术人才，其将来从事的是一些专业性质较强的工作，其目标是培养基础扎实、适应能力强、创新能力强、工程实践能力强、素质高的高级复合人才。在更新教育思想观念的基础上，改革高校的人才培养模式，构建新型应用型人才培养模式，是工科高等教育改革的主要内容。电气工程及其自动化专业是长春工程学院电气与信息学院的主干专业、试点专业，是国家级特色专业，“电力系统分析”课程是电气工程及其自动化专业的主干课程，是校级精品课课程，也是考研课程。该课程在电力系统知识体系中起到承上启下的作用，本课程教学质量的好坏，直接影响到后续专业课的教学，因此对该课程进行教学改革具有十分重要的意义。

一、课程改革的主要思路

“电力系统分析”课程系统性、实践性强，它涉及到整个电力系统规划、设计和运行的多个方面，内容丰富，综合性强，适合实施新型教学模式。为了提高学生的综合素质，强化能力的培养，在提高课堂教学质量的基础上，对原有课程设置的内容及实践环节进行多方面的改革，主要思路是：跟上信息时展的步伐，合理整合理论教学内容，加强实验与实践环节的教学，加强计算机应用的能力，强化实践教学的效果，利用好现有的实验室和实习基地，构建“理论、实践、应用”三大模块的教学模式，使学生在实际动手能力、独立创新能力、团队合作能力方面有所提高。

二、教学内容的改革

“电力系统分析”课程具有很强的理论性和实践性，注重理论与实践的密切结合是改革的关键问题。经过多年的研究与实践，构建了“理论、实践、应用”三大模块的教学模式。

1.理论教学内容的整合

合理整合理论教学内容，压缩理论课的学时是课程改革的一个主要内容。以往理论教学的内容由两门课程分两个学期进行，即“电力系统分析”与“电力系统计算机辅助计算”，前者包括电力系统稳态与暂态的全部理论内容，学时数为75学时；后者包括电力网络的数学模型，电力系统短路电流、潮流、稳定计算的计算机算法的原理、计算程序及上机实践，学时数为30学时，两学门课程的总学时数为105学时。

改革后将两门课程合并为一门，将“电力系统计算机辅助计算”中计算机算法的原理内容放在“电力系统分析”课程中进行教学，将“电力系统计算机辅助计算”中程序的使用、上机实践操作放在课程结束后的课程设计中进行。此外，将“电力系统分析”课程的部分内容进行精减，学时数压缩到72学时。在教学中，对于重点内容突出基本概念、基本原理；对于难点内容的处理有两种方式：既是难点又是重点的内容，强调基本概念和原理，是难点但不是重点的内容，以够用为度。

几年来，对教学内容进行了多次修改。基本原则为注重基本概念、基本原理，强化应用能力培养。优化后的教学内容，以“够用为度、注重应用”为指导思想，着重阐明电力系统的基本理论和基本概念，注重理论联系实际及计算机的应用能力，内容由浅入深、逻辑性强、重点突出、易于理解。

2.实践教学内容的整合

实践教学的改革是“电力系统分析”课程改革的另一个主要内容，改革后的实践教学包括课程设计、综合实验。

课程设计在“电力系统分析”课程结束后进行，时间为2周。以往的课程设计包括两个方面，一方面是电力网络方案的确定，另一方面是对最佳方案进行潮流计算（手算法）、无功平衡验算、变压器分接头的选择。改革后的课程设计，一是进行网络方案选择的常规设计，二是对最佳方案进行潮流、短路电流的计算，计算方法采用计算机算法，要求学生结合所确定的网络方案编写数据文件并上机实践。计算机算法上机实习不占用理论教学的学时，这样既减少了理论课的学时又增强了学生的计算机应用能力，也为毕业设计及今后的工作打下了基础。

以往的课内实验是在理论课教学过程中进行，受学时数限制通常做两个实验。由于电力系统实验较多，每个实验需要的时间较长，为使学生能够连贯完成各项实验，也为了节省理论课学时，我们将课内实验取消，改为在理论课和课程设计结束后集中一周时间进行电力系统综合实验，并增加了实验项目。改革后的“电力系统分析”综合实验开设同步发电机的启动和调整实验、稳态运行方式实验、电力系统功率特性实验、电力系统暂态稳定实验、复杂电力系统运行方式实验等。通过综合实验，提高学生对“电力系统分析”课程核心内容的理解，提高他们对于电力系统设计、规划、优化运行与控制的认识，为学生毕业后从事该领域的工作建立一个专业基础背景。

3.应用能力的提高

电力系统的综合实验包括验证性实验、综合设计性实验，学生通过实验的设计、参数的调整和在教师指导下的问题排查，不仅激发了学生学习兴趣，提高了学生主动学习的积极性和自觉性，而且使学生工程能力得到了训练和提高。学院制定了有关实验室开放的管理制度，从人、财、物上确保实验室开放工作到位。为了满足学生做实验、进行毕业设计（论文）的需要，有关实验室调整开放时间，尽量满足学生的实验要求，合理安排开放的时间和内容。实践表明，实验室开放为学生实验、学生课外科技活动创造了良好条件，学生毕业设计（论文）的水平不断提高，参加各种科技竞赛的成绩也不断提高。

三、教学方法的改进

受传统教学思想影响，高等工科院校的课堂教学，主要以注入式应试型为主。在教学内容上偏重于讲授原理、法则、公式、方法，对知识的背景与产生过程，知识的实际应用，知识与能力素质培养的协调关系重视不够，妨碍了知识传授中能力与素质教育的实施。为此，我们对教学方法进行了改进。

1.启发性的探索式、讨论式教学方法

在教学过程中，尽可能提高学生学习的主动性，提高学生横向思维的能力，特别注重师生间的双向交流，发挥学生的积极性、创造性、参与性。在教学过程中，适当地引出一定量的问题让学生思考，如：“调压与调频有何不同？“串联电容补偿与并联电容补偿在调压上有何异同？”等。或者是要求学生自己对问题提出看法，向教师提问，在学生提问的过程中，也向教育者自身提出了有利的挑战，为教育者提供了实践的教学素材。经常举一些实际的例子帮助学生理解所学理论，同时也使学生对本学科的前沿知识及发展趋势有所了解。这种教学方式实质上就是从“灌输式”教学向“启发式”教学的转变。

2.课外研究性、设计性学习法

由于“电力系统分析”课程涉及到整个电力系统的规划、设计和运行，内容丰富，综合性强。要学好这门课程，学生需要较大的课外投入。由于课堂学时十分有限，为了更好地引导学生进行课外学习，提高学习效率，我们设计了研究性课题，以专题研究的形式，让学生讨论，如：“改变变压器变比调压，低压侧要求的电压作为已知条件给出时有几种给出方式”，这个问题让学生讨论、总结、归纳。这种教学方法激发了学生的学习研究兴趣，鼓励学生积极去做，培养学生分析问题、解决问题的能力。再比如，“教材上介绍调压的方法有四种，那现场实际是否也是采用这四种方法？”这个问题让学生上电力网站查询。这种教学方法可结合工程实际将现代科技、运营机制在电力系统中的应用情况、各种新技术新设备的应用情况有效而合理地体现在教学之中。

3.自学法

由于学时数有限，教师不可能也没必要将所有内容都在课上进行详细讲解。为了提高学生的自学能力，对部分章节内容安排学生自学、讨论，教师辅导或做小结。

四、教学手段的运用

现在的教学手段绝大多数采用多媒体教学，虽然减少了板书和画图时间，增加了信息量，但也会带来新的问题：由于信息变化太快，学生没有时间思考，对所学内容都是一知半解，从而加重了学生课后负担。因此，采用黑板、粉笔等传统教学与多媒体教学相结合的教学手段是提高教学效果、教学质量的一项重要内容。

1.采用多样化的教学手段

在近几年的教学过程中，我们注重多样化的教学，对于简单内容，让学生自学；对于重要的概念、公式等需要严密推导、细心消化的内容还是采用传统的黑板粉笔模式，以加深学生的印象；对于平面图、程序框图、结构原理的介绍，直观形象、动态变化的内容和最新的技术发展内容采用多媒体投影设备、相关的影像资料及CAI课件的形式进行教学；对于复杂的计算，运用计算机程序进行演示；同时充分利用网络资源与学生们建立互动关系。这种多样化的教学收到了很好的教学效果。

2.现代教育技术的应用

（1）与课程教学相匹配的CAI课件。为配合课程教学，自行制作了“电力系统分析”课程CAI课件，并进行了多次修改与完善。CAI课件对教学起到了极大的辅助作用，提高了教学效果。

（2）MATLAB计算软件平台及计算程序。“电力系统分析”课程的计算机辅助教学，可以培养学生运用计算机解决专业问题的能力，引导学生掌握现代系统分析与设计的手段。我们编写了节点导纳矩阵形成、节点阻抗矩阵形成、故障计算、潮流计算、稳定计算等15个程序，并运用VC语言开发了可视化的软件平台，使学生掌握运用计算机解决实际问题的方法，为毕业设计和今后实际工作中计算机开发能力的养成奠定基础。

（3）“电力系统分析”独立网站。建成了“电力系统分析”独立网站，网站涵盖整个教学的各个环节，即：课前预习、课堂教学、课后复习、实践教学等，内容主要包括：课程简介、教学大纲、电子教案、课件、习题库等10多个模块。

借助于学校方便、快捷、覆盖面广的局域网，学生可进行课程学习、自测等自主学习，借助“网上答疑系统”可突破时空的限制，通过师生之间的交流，及时解决学习中遇到的疑难问题。另外，本网络教学平台还提供了辅助教学资料，通过这些教学资料的阅读，极大调动了学生学习的积极性。

五、结束语

篇（10）

作者简介：刘世林（1978-），男，安徽六安人，皖西学院机械与电子工程学院，讲师；张晓东（1964-），男，安徽六安人，皖西学院机械与电子工程学院，教授。（安徽 六安 237012）

基金项目：本文系安徽省高等学校省级优秀青年人才基金项目（项目编号：2010SQRL188）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）02-0087-03

电气工程及其自动化专业是本校于2009年新申办的本科专业，2011年春学期首次开设“电力系统分析”课程，对于该课程的教学内容和教学方法，本校没有任何经验，只能借鉴其它学校的做法，但由于各个学校的办学定位和专业培养方案不同，其经验往往不能照搬照抄，而必须结合本校的实际情况加以适当地调整和修改。在本校该专业的课程体系下，如何合理地协调“电力系统分析”和其它相关课程之间的关系，使得该课程能够较好地满足建设示范应用型本科的工程实践要求，同时激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效果，是当前亟须解决的问题。

电力系统是由电能的生产、输送、分配和消费的各环节组成的一个复杂整体，[1]与别的工业系统相比较，它的规划、设计、建设、运行和管理是一项更为庞大、复杂的系统工程。“电力系统分析”课程是这项系统工程的理论基础，其作为电气工程及其自动化专业的核心课程，是由通识课程、基础理论课程向专业课程过渡的纽带，具有承上启下的作用。该课程不仅具有很强的理论性，同时又密切联系工程实际，其一方面讲述了电力系统中最基本的理论知识和分析方法，另一方面其内容涉及到“电子技术”、“电机学”、“控制理论”、计算机等课程的知识，使学生必须将已学习的相关基础课程知识应用到该课程中，是电力专业人才必须熟练掌握的基本理论和计算技能，对电力系统工程学科的学习起到至关重要的作用。

本文在借鉴其它学校经验的基础上，结合本校的办学定位和该专业的培养方案，通过对该课程教学内容和方法进行全面、深入地探讨和研究，提出了“立足基础，了解全局，工程优先，兼顾理论”的课程教学内容设置原则，确定了采用理论教学与工程实践互补、课堂讲授和现场演示结合、强化教学互动等教学方法。

一、教学中面临的主要问题

调查结果表明，多年来大部分高校一般都将“电力系统分析”的教学分为两个部分进行，即电力系统稳态分析和电力系统暂态分析。课程的主要内容包括电力系统的基本概念、电力系统各元件的特性和数学模型、电力系统的潮流计算和控制、电力系统的运行调度和优化、电力系统故障分析以及电力系统的稳定性等。[1-3]选用的教材主要有中国电力出版社的《电力系统稳态分析》、《电力系统暂态分析》和华中科技大学出版社的《电力系统分析》（上、下册）等，课时通常为96～120个学时。在教学过程中，教师往往更加注重于理论分析和手算部分的教学。

随着电子技术、计算机技术和信息技术的发展，以及当前用人单位对本科人才质量需求地不断变化，原有的“电力系统分析”的教学内容和教学方法有些已难以适应现代人才培养需要，尤其是对应用型专业技术人才培养的需要。在该课程的理论课程教学上，目前普遍面临着如下问题：

课程的理论分析内容过多，面面俱到且系统性不强，内容抽象、难点很多、学时多，学生学习负担很重，容易失去学习信心；公式多，且其中有较大部分源于工程实践（有些为经验公式），逻辑性和系统性不强，教学时比较容易让人感到枯燥乏味和理解困难，学生的学习兴趣不高；新科研成果更新较快，而多数教材的内容仍处于21世纪初的水平，没有充分体现近十年来本学科的最新进展，例如，未能重视电力系统分析中的计算机计算与仿真方法、柔流输电系统（FACTS）的基本原理、高压直流输电系统（HVDC）等；教学方法比较单一，仅对教学内容进行抽象地理论分析和推导，很难使学生记忆深刻，而且，学生不知道如何应用相关理论解决实际工程问题，教学效率和效果偏低，更难以适应应用型人才培养的需要。

二、课程内容设置探索

本校属地方性本科高校，电气工程及其自动化专业是为了适应地方社会经济发展，满足对应用型人才的需求而申办的新专业，其定位为服务地方经济建设，培养基础扎实、知识面宽、实践能力强、具有创新意识和创新能力的应用型高级技术人才。因此，本校在该课程内容设置时，除了需要考虑上述的通性问题还必须兼顾以下特点：

为了适应本校应用型人才培养的需要，该专业的课程体系中设置的实践类课程较多，而理论类课程偏少，相应地在电力系统工程方面的专业基础课程设置也较少。本课程作为该专业的一门核心专业课程，其不仅承担着培养学生掌握电力系统分析的理论与方法的任务，还必须兼顾使学生全面了解电力系统及其运行控制原理等基础知识的重任。

考虑到本校的办学层次和“应用型本科高校”的定位，学生的理论基础与重点大学相比有一定差距，而且就业领域也主要面向工程实践和生产一线，因此，该课程开设过程中需要强化基本分析方法的学习和应用，着重培养学生应用基本理论与方法解决实际工程问题的能力。

随着社会对高层次人才的需求不断加大，很多毕业生选择报考硕士研究生继续升造，而“电力系统分析”几乎是电力系统及其自动化专业必考的专业课，因此，本课程的内容应该尽可能涵盖考研需要的知识点，为学生的研究生入学考试和未来的研究奠定较好的基础。

基于上述要求，本文提出“立足基础，了解全局，工程优先，兼顾理论”的教学内容设置原则，在课程内容设置时尽量合理简化课程内容，注重学生对基本概念的理解和掌握，并注重新知识的适当引入使其能学有所用。拟设置的课程内容及其相关要求如表1所示。[4，5]

三、教学方法探讨

为了提高教学效率与质量，突出学生的主体地位，使学生能够积极主动地参与课程教学，提出问题并尝试解决问题，激发学生的学习兴趣，培养学生的创造与创新能力，本校积极探索合适的教学方法和手段。本课程教学中的具体措施如下：

1.通过多种途径激发学生学习兴趣

兴趣是学习的最好推动力，其能够增强学生的主动意识，避免被动学习的低效率和缺乏创造性的问题。为了提高学生对本课程的学习兴趣，课程教学过程中可以通过多种措施激发学生的学习兴趣。例如，适当介绍本学科最新的发展前沿动态，阐述电力系统目前存在的问题和可能解决方案，并说明其与本课程内容的关联性；组织学生与相关专业教师座谈，让其从教师的科研课题中认识本课程的重要性和实用性；以硕士研究生入学考试为例，从进一步深造的角度让学生体会这门课程的地位，从中体会到学好本课程的必要性，等等。

2.注重与实践环节相结合，及时巩固相关理论知识

“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”本课程的教学内容相对比较抽象，且电力系统不同于其他的控制系统，十分复杂、宏观，学生很难凭想象建立起基本概念的知识体系，要求学生深刻理解、掌握和应用基本的理论方法就更加困难。因此，教师可以通过适当的课外实践环节去巩固学生相关理论知识。例如，在课余时间组织学生参观本市的发电厂、变电站等电力设施，通过一线操作师傅的现场讲解和答疑，让学生了解电力系统、控制中心、变电站的结构和基本工作原理，对电力系统有较为系统、全面的认识，有助于对理论课程中概念的理解；通过同步开设相应的实验课程，加深学生对基本理论方法的掌握和应用；另外，可以将课堂教学和软件仿真实验相结合，例如，将PSASP、PSCAD和MATLAB等电力系统分析软件引入课程教学中，可以更直观、生动地阐述电力系统分析计算过程，使电力系统分析内容不再是抽象的概念和理论，能够增强学生的参与意识，让其做到学以致用。

3.充分利用现代教学技术，丰富教学手段和知识表达方式

近年来，计算机辅助教学手段已经被广泛的采用。在教学过程中采用多媒体技术，可省去大量的板书时间，可以有更多时间用于讲解重、难点知识，有助于学生理解和掌握每一章的重点内容。并且多媒体教学集文字、图形、声音、图像、图片、影像等于一体，直观、形象、生动，能够调动学生学习主动性和积极性，激发学生学习的兴趣，吸引学生的注意力，大大地增加了课堂信息量，提高了教学效率。[6]但是，多媒体教学能否充分发挥其应有的优点，往往取决于应用的合理性，其首先体现在多媒体教学课件的开发方面。目前很多课件仅仅是将教材内容通过PPT按部就班地进行展示，并没有体现出“多媒体”的特点，这样不仅不能充分发挥计算机辅助教学的优点，还可能适得其反。为了提高“电力系统分析”教学效果，在开发课件时，笔者采用大量的与课程内容相关的实物图片，以便于学生建立基本的概念知识体系；同时，可以将电力系统的动态过程通过多媒体技术进行演示，这样有助于学生加深对理论方法的理解。另外，必须将多媒体教学和传统教学方式有机结合。由于多媒体课件演示速度快，单纯地采用多媒体方式难以调动学生听课的主动思维，从而降低教学效果。[7]因此，在合理应用多媒体教学的同时，还必须有机结合传统教学的优势，以达到教学效果的最优化。

4.积极开展教学互动活动

教学互动是提高学生学习的积极性、主动性和检验学生学习效果的重要手段，在学习过程中具有重要的作用。为了提高本课程的教学效果，可以通过课堂讨论、课后练习、基于互联网的习题与模拟题库等途径实现多形式、多层次的教学互动。课堂讨论能够及时反馈学生对所学内容的掌握情况，教师可以对学生没有听懂或者非常感兴趣的问题进一步分析，同时可以在讨论过程中培养学生的创新性思维。课后练习则是使课堂教学的成果得到巩固和提升的重要手段，通过老师批改作业和课堂点评等环节，可以加深学生对授课内容地理解，也非常有利于教师检查课堂教学效果和学生对知识点的掌握情况。另外，随着信息技术的发展，互联网已成为知识表达和传播的重要载体，已经对学生的学习和生活产生重要影响，“在线”已成为常态，因此，充分开发和利用基于互联网平台的教学资源，引导学生合理使用网络资源，可以使教学互动更加便捷，同时节省大量的人力和物力。

四、结束语

“电力系统分析”作为电气工程及其自动化专业的一门核心专业课程，在整个课程体系中起到承上启下的作用，其重要性不言而喻。由于该课程内容繁多，理论性强且知识更新较快，其教学内容和方法一直受到广泛关注。本文结合本校实际情况，借鉴其它高校的教学经验，通过分析该课程开设过程中所面临的问题，提出了适合于本校建设“省级示范应用型本科”的课程内容体系和教学方法，从而为更好地促进该课程建设，切实为提高人才培养质量奠定基础。

参考文献：

[1]何仰赞，温增银.电力系统分析（上、下册）[M].武汉：华中科技大学出版社，2002.

[2]陈珩.电力系统稳态分析[M].第3版.北京：中国电力出版社，2007.

[3]李光琦.电力系统暂态分析[M].第3版.北京：中国电力出版社，2007.

[4]夏道止.电力系统分析[M].第2版.北京：中国电力出版社，2011.